纳滤膜的发展历程
纳滤膜及其应用
纳滤膜及其应用摘要：纳滤膜是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。
它是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，它因能截留物质的大小约为纳米而得名，它截留有机物的分子量大约为150－500左右，截留溶解性盐的能力为2－98%之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。
被用于去除地表水的有机物和色度，脱除地下水的硬度，部分去除溶解性盐，浓缩果汁以及分离药品中的有用物质等。
纳滤介于反渗透和超滤之间由于其截留的颗粒比超滤小些，其透过率比反渗透大些操作压力也不太高近十几年来发展迅速是当前膜分离技术与开发的热门研究课题之一。
本文综述了纳滤膜的特性、分离机理、研究现状及其在各方面的应用。
关键词：纳滤；纳滤膜；分离机理；制备方法；应用1、纳滤及纳滤膜的概述纳滤（NF）是20世纪80年代中期发展起来的介于超滤和反渗透之间的、同属于压力驱动的新型膜分离技术，适宜于分离相对分子质量在200 Da以上、分子大小约为1 nm的溶解组分，一般认为其截留相对分子质量在200～1 000之间，对NaCl的截留率一般为40%～90%，对二价或高价离子的截留率高达99%。
由于操作压力一般小于1.5 MPa，也被称为低压反渗透膜或疏松的反渗透膜。
纳滤膜的孔径通常为1～10 nm，同时它是带电荷的，荷电纳滤膜可通过静电斥力排斥溶液中与膜上所带电荷相同的离子，通过静电引力吸附与所带电荷相反的离子。
因此，荷电膜对物质的分离性能主要是基于电荷效应和膜的纳米级微孔的筛分效应。
它的过滤范围介于反渗透和超滤之间，推动了膜技术及相关应用领域的发展，并已在石化、生化和医药、食品、造纸、纺织印染等领域及水处理过程中得到广泛应用[1]。
纳滤膜的一个很大特征是膜上或者膜中存在带电基团，因此纳滤膜分离具有两个特性,即筛分效应和电荷效应。
分子量大于膜的截留分子量的物质，将被膜截留，反之则透过，这就是膜的筛分效应。
膜的电荷效应又称为Do nnan效应，是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。
纳滤(NF)
CA-RO膜的开发
RO复合膜的开发 （1972年NS-100）
1995年 开发
低压高截留率RO膜
NaCl截留率≥99% NTR-759H、 BW-30(即FT-30)、
SU-700
4
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
细菌、病毒 悬浮颗粒
蛋白质、酶等 大分子有机物 抗生素、合成药、染料 二价及多价盐、二糖等
单价盐（NaCl、KCl等）
水
膜分离特性示意图
Nanofiltration membranes
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第二节. 纳滤膜的分离机理
与UF膜相比，NF膜有一定的荷电容量，对不同价态的离子 存在Donnan效应；与RO膜相比，NF又不是完全无孔的， 因此其分离机理在存在共性的同时，也存在差别。
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非平衡热力学的研究是对唯象理论的研究，它可用于描绘 一个体系同时伴生（或称耦合）两个或几个过程，也即体 系中有几个“物流”和几个相应的共轭力。膜渗透作用正 是如此。
膜可以划成很多薄层来考虑，正如非平衡热力学假定，体 系划分为很多小体积元，则每个体积元都可作为平衡体系 加以处理，并定义出热力学函数，称为局部平衡原理，这 是非平衡热力学中的连续性体系部分。非平衡体系中，相 邻的体积元之间并不达到平衡，可有能量和物质的流动， 这是非平衡热力学中的不连续体系部分。这种自发的变化 是不可逆过程，故非平衡热力学又称不可逆过程热力学。
Nanofiltration membranes
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一、转化法
可分为UF膜转化法和RO膜转化法
UF膜转化法——先制得较小孔径的UF膜， 然后对其进行热处理、荷电化后处理，使膜 表面致密化。
饮用水纳滤膜
饮用水纳滤膜设备简介饮用水设备是自来水深度净化处理的核心装置，优质饮用水的生产工艺一般为预处理系统+膜过滤+杀菌。
依据原水水质情形可选择微滤、超滤和纳滤技术生产优质饮用水，但当原水电导率较高时采纳一级反渗透亦可获得含有肯定量矿物质的优质饮用水。
饮用水纳滤膜是一种特别而又很有前途的分别膜品种，它因能截留物质的大小约为纳米而得名，它截留有机物的分子量大约为150—500左右，截留溶解性盐的本领为2—98%之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。
被用于去除地表水的有机物和色度，脱除地下水的硬度，部分去除溶解性盐，浓缩果汁以及分别药品中的有用物质等。
设备工艺流程原水→潜水泵→絮凝剂加药泵→絮凝沉淀水箱→加压泵→多介质过滤器→紫外线杀菌器→活性炭过滤器→精密过滤器→超滤装置→紫外线杀菌器→储水罐应用管道直饮水应用纳滤可以截留二价以上的离子和其他颗粒，所透过的只有水分子和一些一价的离子（如钠、钾、氯离子）。
纳滤可以用于生产直饮水，出水中仍保留肯定的离子，并可降低处理费用。
挥发有机物去除对饮用水中痕量挥发性有机物具有较高的去除率。
去除水中有机物纳滤膜在饮水处理中除了软化之外，多用于脱色、去除天然有机物与合成有机物（如农药等）、三致物质、消毒副产物（三卤甲烷和卤乙酸）及其前体和挥发性有机物，保证饮用水的生物稳定性等。
三致物质的去除纳滤膜能够去除水中大部分的有毒有害的有机物和Ames致突变物，使TA98及TA100菌株在各试验剂量下的致突比MR值均小于2，Ames试验结果呈阴性。
进一步的讨论将要考察纳滤技术对饮水中的内分泌干扰物质的截留特性，为安全优质饮水供给依据。
消毒副产物去除消毒副产物重要包括三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）和可能的三氯乙醛氢氧化物（CH）。
纳滤膜对这三种消毒副产物的前体物的平均截留率分别为97%、94%和86%。
此外，纳滤出水是低腐蚀性的，对饮用水管网的使用期和管道金属离子的溶出有正面的影响，有利于保护配水系统的全部材科。
纳滤
纳滤纳滤的定义：纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。
纳滤的发展：最早有关纳滤技术专利出现于20世80年代，到1990年，只有9项专利，在以后的5年中出现了69项专利，到目前为止，有关纳滤及其应用的专利已经超过330项，其应用涉及石油化工、海洋化工、水处理、生物、生化、制药、制糖、食品、环保、冶金等众多领域。
我国对纳滤膜的研制开始于20世纪80年代后期。
产品主要有：CA-CTA纳滤膜，S-PES涂层纳滤膜和芳香聚酰胺复合纳滤膜。
纳滤膜的特点：纳滤膜是多层聚合物组成的复合型膜，纳滤膜是介于反渗透和超滤之间的一种膜。
纳滤膜的表层孔径范围在纳米级(10-9m)，平均孔径为2mm，相对分子质量截留范围为200-1000。
其表面分离层通常荷负电化学基团，多数纳滤膜表面荷负电。
由于其孔径和表面荷电是纳滤膜分离具有两个特征，即筛分效应和电荷效应。
反渗透膜脱除了所有的盐和有机物，而超滤膜对盐和低分子有机物没有截留效果。
纳滤技术填补了超滤和反渗透之间的空白，它能截留透过超滤膜的小分子量有机物，透过被反渗透膜所截留的无机盐。
与电渗析、离子交换和传统热蒸发技术相比，它可以同时脱盐兼浓缩，在有机物和无机物混合液的浓缩与分离方面具有无可比拟的优点。
纳滤膜的材料及制备方法：纳滤膜的成膜材料基本上与反渗透材料相同。
商品化纳滤膜的膜材质主要有以下几种：醋酸纤维素(CA)、磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)和聚乙烯醇(PVA)等。
纳滤膜的制备工艺大致有以下几种：相转化法、稀溶液涂层法、界面聚合法、热诱导相转化法、转化法等，其中界面聚合法是制备纳滤膜最常用的方法。
无机材料纳滤膜一般采用溶胶-混凝法制备。
转化法又分为超滤膜转化法和反渗透膜转化法。
纳滤膜的污染及清洗：纳滤膜污染的特性与水中污染物的物理、化学、微生物性质密切相关，可分为无机污染、有机污染和微生物污染。
控制纳滤膜过程污染的方法大体可分为以下四种：（1）清洗：清洗方法的选择主要取决于纳滤膜的构型、膜种类和耐化学试剂能力以及污染物的种类，常用的方法有物理方法和化学方法两类。
纳滤膜技术及应用介绍
纳滤膜技术及应用介绍纳滤膜技术是一种通过纳米孔径膜进行分离和过滤的膜技术。
纳滤膜又称为纳米滤膜，其孔径通常在1-100纳米之间，比传统微滤膜的孔径小得多。
由于其极小的孔径，纳滤膜能够有效地分离和过滤大部分微观粒子和溶质，具有高效、高选择性和高通量的特点。
它广泛应用于饮用水处理、废水处理、生物医药、食品饮料、化工等领域，具有重要的应用价值。
纳滤膜技术的应用领域非常广泛。
首先，它在饮用水处理和废水处理领域发挥着重要作用。
纳滤膜通过其微小的孔径可以有效地去除水中的微生物、细菌、病毒、重金属离子和有机物质等有害物质，从而提高水质水量。
其次，在生物医药领域，纳滤膜被广泛应用于生物制药的药品提纯、细胞分离、蛋白质纯化等方面。
由于其高选择性和高通量的特点，纳滤膜具有良好的吸附性能和分离效果，能够有效提高生物医药制药工艺的效率和质量。
此外，纳滤膜还被广泛应用于食品饮料行业。
例如，纳滤膜可以用于果汁的澄清和浓缩、啤酒的酵母分离、乳制品的浓缩和蛋白质分离等工艺中，能够提高食品饮料的品质和口感。
另外，在化工领域，纳滤膜也有着重要的应用。
它可以用于有机溶剂的回收、脱盐水的处理、工业废水的处理等方面，满足工业生产中对溶剂和水质的要求，减少污染物的排放，保护环境。
纳滤膜技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代初，起初主要用于海水淡化和废水处理。
在过去的数十年里，随着纳米技术和膜技术的不断发展，纳滤膜技术得到了长足的发展，成为膜分离技术的重要分支之一。
纳滤膜的制备方法多种多样，包括溶液浇铸法、溶胶凝胶法、电渗析法、原子层沉积法等。
这些方法可以制备不同材质和结构的纳滤膜，如聚合物膜、陶瓷膜、金属膜等，以满足各种不同领域的需求。
纳滤膜的材料选择对其性能和应用起着至关重要的作用。
目前常见的材料包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜、聚醚酮、纳米复合膜等。
这些材料具有优异的耐化学腐蚀性、耐高温性和机械强度，能够满足不同工艺条件下的使用需求。
纳滤技术简介及水处理中的应用
纳滤技术简介及水处理中的应用纳滤技术简介及水处理中的应用一、纳滤技术简介纳滤（NF）是20世纪80年代后期发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术。
纳滤膜的截留相对分子质量为200～1000，膜孔径约为1nm，适宜分离大小约为1nm 的溶解组分，故称为"纳滤"。
纳滤的操作压力通常为0.5～1.0 MPa，一般比反渗透低0.5～3 MPa，并且由于其对料液中无机盐的分离性能，因此纳滤又被称为"疏松反渗透"或"低压反渗透"。
纳滤技术是为了适应工业软化水及降低成本的需要而发展起来的一种新型的压力驱动膜过滤。
纳滤膜分离在常温下进行，无相变，无化学反应，不破坏生物活性，能有效地截留二价及高价离子和相对分于质量高于200 的有机小分子，而使大部分一价无机盐透过，可分离同类氨基酸和蛋白质，实现高分子量和低分子量有机物的分离，且成本比传统工艺低，因而被广泛应用于超纯水的制备、食品、化工、医药、生化、环保、冶金等领域的各种浓缩和分离过程。
纳滤膜的一个显著特征是膜表面或膜中存在带电基团，因此纳滤膜分离具有两个特性，即筛分效应和电荷效应。
分子量大于膜的截留分子量的物质，将被膜截留，反之则透过，这就是膜的筛分效应。
膜的电荷效应又称为Donnan 效应，是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。
对不带电荷的分子的过滤主要是靠筛分效应。
利用筛分效应可以将不同分子量的物质分离; 而对带有电荷的物质的过滤主要是靠荷电效应。
纳滤与超滤、反渗透一样，均是以压力差为驱动力的膜过程，但其传质机理有所不同。
一般认为，超滤膜由于孔径较大，传质过程主要为筛分效应; 反渗透膜属于无孔膜，其传质过程为溶解—扩散过程（静电效应）;纳滤膜存在纳米级微孔，且大部分荷负电，对无机盐的分离行为不仅受化学势控制，同时也受电势梯度的影响。
对于纯电解质溶液，同性离子会被带电的膜活性层所排斥，而如果同性离子为多价，则截留率会更高。
纳滤技术的发展历史
纳滤技术的发展历程纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术，截留分子量大约在100～1000范围，孔径约为几纳米，分离对象的粒径约为1nm。
纳滤具有膜技术共同的高效节能的特点，是近来世界各国优先发展的膜技术之一。
目前纳滤已在生活用水，工业给水和废水的处理，食品，生化制药等领域得到广泛的应用。
一、纳滤技术的发明和命名纳滤技术的起点来自于20世纪70年代TilmTec公司对NS-300的研究。
当时John E Cadotte在研究中发现将哌嗪与1.3.5-苯三甲酰氯结合，再与间苯二甲氯混合，制备成一系列超薄层复合膜具有令人惊奇的高通量特性，这些膜对水溶液中的氯离子表现很高的渗透性，而对硫酸根离子有很高的截留率。
图一纳滤膜的表面结构当时，以色列脱盐公司用“混合过滤”（Hybrid Filtration）来表示这种介于反渗透膜和超滤膜之间的膜分离过程，称为“疏松性反渗透”（Loose RO）；也有将其称作“致密型超滤膜”，但都不能很好地表达其特性。
直到1984年，FilmTec推出商用纳滤膜模组，并根据其分离孔径为1nm左右而将这种膜技术成为纳滤，并一直沿用至今。
二、纳滤技术发展大记事1970年代：纳滤膜诞生于低压反渗透研究，优异奇特的性能立即吸引了膜技术领域的极大关注。
1980年代：“纳滤”被正式命名，相关产品进入商业领域，在水质软化、饮用水中天然有机物（Natual Organic Matter，NOM）的去除中得到应用。
1987年：首篇有关“纳滤”的文献发表◆Eriksson,P.,1988.Nanofiltration extends the range of membrane filtration.Environm. Prog.7(1),58-62.◆Conlon,W.J.,McClellan,S.A.,1989.Membrane softening:treatment process comes of age,J.AWWA81(11),47-51.◆ D.Watson,C.D.Hornburg,Low energy membrane nanofiltration for removal of color organics and hardness from water supplies,Desalination72(1989)，111990年代：纳滤作为主流膜处理技术登上历史舞台，有关纳滤的科学研究增多，技术发展加速，学术论文数目激增，一批拥有核心技术的纳滤膜研发生产企业开始涌现，如德国Nanoton、荷兰Lenntech等。
纳滤
饮用水水质标准
单位:mg/L WHO 欧盟 美国
硬度* 硝酸盐
砷 氟化物
铝 铅 总农药 总三卤甲烷 总有机碳
500 50# 0.01 1.5 0.2 0.01
50# 0.01 1.5 0.2 0.01 0.0005 0.1
10& 0.05 4.0
0.015
0.08
* 硬度以碳酸钙计 # 硝酸盐以硝酸根计
• 在饮用水制备过程中，纳滤膜在 去除无机盐和有机物的同时也可
去除重金属污染物
膜法水制备
——去除农药残留物
• 常见的除草剂和杀虫剂
– 莠去津、西玛津、敌草隆、二乙醇胺、 氰基吖嗪和羟基二甲氧苯基苯并呋喃醇等
• 活性炭吸附法
– 水中NOM的竞争吸附导致农药吸附效率下降
• 臭氧或过氧化氢氧化法
– 将农药大分子氧化成小分子后会促进水中细菌的再繁 衍
– 在通氯消毒以后，去除可能生成的THMs和HAA
膜法水制备
——去除消毒副产物
• 研究表明，纳滤膜可以 去除水中存在的THMs
• 纳滤膜对水中的THMs和 HAA的截留程度与地下 水水质（TOC和溴离子 含量）、通氯量、膜过 程操作参数以及膜的污 染程度有关
膜法水制备
——去除内分泌干扰化学物质
• 近年来各国政府、环境保护组织和科学家们越来 越重视内分泌干扰化学物质（EDCs）对人类和野 生动物的影响
• 依据纳滤膜对低分子量中性溶质分子的筛分作用， 可以有效地去除地表水和地下水中的农药残留物
膜法水制备
——去除消毒副产物
• 直接通氯气溶于水中生成次氯酸杀灭细菌和微生
物
过量的氯
三氯甲烷及其中间体(THMs)
NOM
纳滤
1995年 开发
低压高截留率RO膜
NaCl截留率 ≥99%
NF膜(疏松型RO膜))
NaCl截留率 ≤99%
1996年 开发
超低压 RO膜
纳滤膜的发展过程
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
3
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
O N N C O C
n
3、磺化聚（醚）砜类复合NF膜 如Nitto Denko(日东电工，日本 )公司的NTR-7400 系列NF膜。
8
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
Nanofiltration membranes
9
1
非平衡热力学的研究是对唯象理论的研究，它可用于描绘 一个体系同时伴生（或称耦合）两个或几个过程，也即体 系中有几个“物流”和几个相应的共轭力。膜渗透作用正 是如此。 膜可以划成很多薄层来考虑，正如非平衡热力学假定，体 系划分为很多小体积元，则每个体积元都可作为平衡体系 加以处理，并定义出热力学函数，称为 局部平衡原理 ，这 是非平衡热力学中的连续性体系部分。非平衡体系中，相 邻的体积元之间并不达到平衡，可有能量和物质的流动， 这是非平衡热力学中的不连续体系部分。这种自发的变化 是不可逆过程，故非平衡热力学又称不可逆过程热力学。 如果不受外力作用，则体系的熵增加，而自由能减少。表 示自由能减少速率的耗散函数，可用膜渗透过程中流率与 共轭力来表达，因此建立于非平衡热力学基础上的传递模 型研究应用于膜分离过程较令人关注。
醋酸纤维素
-RO膜的开发
RO复合膜的开发 （1972年NS-100）
纳滤膜
摘要纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，是国内外研究的热点。
纳滤(NF)对特定的溶质具有很高的脱除率。
我国对纳滤技术的开发和应用还处于初始阶段。
纳滤的主要应用领域涉及：水处理、食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等领域。
最后对纳滤技术的总结和对食品分离技术课的感想和建议。
关键词纳滤膜；特点；机理；水处理；纳滤技术的应用；1、纳滤膜的特点纳滤膜的研究始于20世纪70年代，是由反渗透膜发展起来的，早期称为“疏松的反渗透膜”，将介于反渗透和超滤之间的膜分离技术称为“杂化过滤”。
直到20世纪90年代，才统一称为纳滤膜。
纳滤膜作为一种新型的分离膜，具有以下的特点：(1)具有纳米级孔径。
纳滤膜的相对截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，约为200～2000nm；(2)纳滤膜对无机盐有一定的脱除率，大多数纳滤膜是复合膜，其表皮层由聚电解质构成，膜的分离性能与原料液的pH值之间有较强的依赖关系。
(3)对疏水型胶体、油、蛋白质和其它有机物有较强的抗污染性，相比于RO，NF具有操作压力低、水通量大的特点,纳滤膜的操作压力一般低于1MPa，故有“低压反渗透”之称。
2、纳滤膜分离的机理纳滤膜分离机理的研究自纳滤膜产生以来一直是热点问题。
传统理论认为纳滤膜传质机理与反渗透膜相似，是通过溶解扩散传递。
随着对纳滤膜应用和研究的深入，发现这种理论不能很好解释纳滤膜在分离中表现出来的特征。
就目前提出的纳滤膜机理来看，表述膜的结构与性能之间关系数学模型有电荷模型、静电位阻模型。
道南-立体细孔模型(Donnan-steric Pore Model)建立在Nernst-planck扩展方程基础上，用于表征两组分及三组分的电解质溶液的传递现象，假定膜是由均相同质，电荷均布的细孔构成，分离离子时，离子与膜面电荷之间存在静电作用，相同电荷排斥而相反电荷间相互吸引，当离子在极细微的膜孔隙中的扩散和对流传递过程中会受到立体阻碍作用的影响。
纳滤膜的发展历程
纳滤膜的发展历程纳滤膜（Nanofiltration membrane）是一种过滤膜技术，其孔径在纳米级别，介于超滤膜和反渗透膜之间。
纳滤膜的发展历程可以追溯到20世纪60年代末。
下面将对纳滤膜的发展历程进行简要介绍。
1967年，美国化学家雷恩金（Reynolds）在一项研究中首次提出了纳滤的概念。
他提出了一种新型膜材料，能够通过纳滤作用实现高通量的离子分离，这为纳滤膜的研究奠定了基础。
1970年代，纳滤膜的研究进展比较缓慢。
科研人员主要关注传统的膜材料如聚醚砜（PES）和聚酯（PET）的纳滤性能改善和优化。
然而，由于限制性较强的孔隙结构和表面电荷效应，纳滤膜的选择性和通量仍然有限。
1980年代至1990年代初，纳滤膜的发展进入了一个新的阶段。
科研人员开始研究和开发新型纳滤膜材料，如聚酰亚胺（PI），聚胺酯（PU）和聚酰胺（PA）。
这些材料具有更高的渗透性和选择性，可以更有效地分离溶质和溶剂。
2000年以后，随着纳米技术的发展，纳滤膜研究进入了一个全新的时代。
科研人员开始探索纳米级孔隙结构和介孔材料在纳滤膜中的应用。
利用纳米材料的特殊性质，如高比表面积和调控孔径大小，纳滤膜的分离性能得到极大的提升。
目前，纳滤膜已经广泛应用于多个领域。
例如，纳滤膜可以用于废水处理，去除溶解性有机物、重金属和离子等；在饮用水处理中，纳滤膜可以去除微生物、有机物和颗粒物。
同时，纳滤膜还可用于食品加工、药物分离纯化、微胶囊制备等。
总之，纳滤膜的发展经历了几十年的探索和进步。
随着材料科学和纳米技术的不断发展，纳滤膜的性能不断改善，应用领域也得到不断拓展。
未来，随着科学技术的不断进步，纳滤膜有望在更多领域发挥作用。
反渗透和纳滤技术发展历史
反渗透和纳滤技术发展历史作者：莱特莱德来源：东北亚水网反渗透和纳滤技术发展历史1.反渗透和纳滤技术发展历史自从上世纪五十年代未六十年代初期，反渗透(RO)和纳滤(NF)技术产品商品化投放市场，起初，反渗透主要用于海水和苦咸水脱盐，由于工业领域对保护水源、减少能耗、控制污染以及从废水中回收有价值物质的需求日益增加，反渗透和纳滤的新用途变得更有经济价值。
此外，伴随着膜分离技术的发展，促进了生物技术和制药行业的技术进步，相对于传统蒸馏法，膜法分离浓缩技术更加节省能量消耗，同时也不会引起产品热分解变质。
自从那时起，原有产品得到不断地改进，并不断地推出了新产品，提高了膜元件地产水水质，降低了水处理总成本。
现在反渗透膜能够在显著地降低运行压力的条件下，实现更高的脱盐率和产水量，纳滤膜也可在相对低的操作压力下提供对某些盐类或化合物的更高的分离选择性。
2.反渗透和纳滤技术发展历史目前常规的过滤过程可以按照脱除颗粒的大小进行分类，传统的悬浮物的过滤是通过水流垂直流过过滤介质来实现的，全部的水量完全通过过滤介质，全部变成出水流出系统，类似的过滤过程包括：滤芯式过滤、袋式过滤、砂滤和多介质过滤。
这种大颗粒过滤形式仅仅对粒径大于1微米的不溶性固体颗粒有效。
为了除去更小的颗粒和可溶性盐类，必须使用错流式的膜过滤，错流式膜过滤对与膜表面平行的待处理流体施加压力，其中部分流体就透过了膜表面，流体中的颗粒等被排除在浓水中，由于流体连续地流过膜表面，被排除的颗粒不会在膜表面上累积，而是被浓水从膜面上带走了，因此一股流体就变成两股流体，即透过液和浓缩液。
膜法液体分离技术一般可分为四类：微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)，它们的过滤精度按照以上顺序越来越高。
微滤(MF)微滤能截留0.1~1微米之间的颗粒，微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体(无机盐)等通过，但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过，微滤膜两侧的运行压差(有效推动力)一般为0.7bar。
0501.纳滤膜的定义及应用
纳滤膜的定义及应用纳滤 ( NF ) 膜早期称为松散反渗透 ( Loose RO ) 膜，是80年代初继典型的反渗透 ( RO ) 复合膜之后开发出来的。
其准确定义到目前为止，学术界还没有一个统一的解释，这里暂表达为：NF膜介于RO与UF膜之间，对NaCL的脱除率在90%以下，RO膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率，但NF膜只对特定的溶质具有高脱除率； NF膜主要去除直径为1个纳米 ( nm ) 左右的溶质粒子，截留分子量为100～1000，在饮用水领域主要用于脱除三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、合成洗涤剂，可溶性有机物，Ca、Mg等硬度成分及蒸发残留物质。
纳滤膜的应用1、软化水处理对苦咸水进行软化、脱盐是纳滤膜应用的最大市场。
在美国目前已有超过40万吨/日规模的纳滤膜装置在运转，大型装置多数分布在佛罗里达半岛，其中最大的两套装置规模分别为3.8万吨/日 ( 1989年 ) 和3.6万吨/日 ( 1992年 )。
2、饮用水中有害物质的脱除传统的饮用水处理主要通过絮凝、沉降、砂滤和加氯消毒来去除水中的悬浮物和细菌，而对各种溶解性化学物质的脱除作用很低。
随着水源的环境污染加剧和各国饮水标准的提高，可脱除各种有机物和有害化学物质的"饮用水深度处理"日益受到人们的重视。
目前的深度处理方法主要有活性碳吸附、臭氧处理和膜分离。
膜分离中的微滤(NF)和超滤(UF)因不能脱除各种低分子物质，故单独使用时不能称之深度处理。
纳滤膜由于本身的性能特点，故十分适用于此用途的应用。
美国食品与医药局曾用大型装置证实了纳滤膜脱除有机物、合成化学物的实际效果。
日本也曾于1991～1996年组织国家攻关项目"MAC21"(Membrane Aqua Century21)开发膜法水净化系统。
该项目的前三年侧重于微滤/超滤膜的固液分离，后三年重点开发以纳滤膜为核心，以脱除砂滤法不能脱除的溶解性微量有机污染物为目的的饮水深度净化系统。
纳滤膜的发展概况
第四章纳滤第一节概述一、纳滤膜的发展概况纳滤NF是20世纪80年代后期发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术,早期称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”.纳滤技术是为了适应工业软化水的需求及降低成本而发展起来的一种新型的压力驱动膜过程.纳滤膜的截留分子量在200-2000之间,膜孔径约为1nm左右,适宜分离大小约为l nm的溶解组分,故称为“纳滤”.纳滤膜分离在常温下进行,无相变,无化学反应,不破坏生物活性,能有效的截留二价及高价离子、分子量高于200的有机小分子,而使大部分一价无机盐透过,可分离同类氨基酸和蛋白质,实现高分于量和低分子量有机物的分离,且成本比传统工艺还要低.因而被广泛应用于超纯水制备、食品、化工、医药、生化、环保、冶金等领域的各种浓缩和分离过程.近年来,纳滤膜的研究与发展非常迅猛.从美国专利看：最早有关纳滤技术的专利出现于20世纪80年代末,到1990年,只有9项专利,而在以后的5年中1991～1995,出现了69项专利,到目前为止,有关纳滤膜及其应用的专利已超过330项,其应用涉及石油化工、海洋化工、水处理、生物、生化、制药、制糖、食品、环保、冶金等众多领域.我国从20世纪80年代后期就开始了纳滤膜的研制,在实验室中相继开发了CA-CTA纳滤膜,S-PES涂层纳滤膜和芳香聚酰胺复合纳滤膜,并对其性能的表征及污染机理等方面进行了试验研究,取得了一些初步的成果.但与国外相比,我国纳滤膜的研制技术和应用开发都还处于起步阶段.二、纳滤膜的特点由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理如复合化、荷电化,使其具有较特殊的分离性能.纳滤膜的一个很大特征是膜表面或膜中存在带电基团,因此纳滤膜分离具有两个特性,即筛分效应和电荷效应.分子量大于膜的截留分子量的物质,将被膜截留,反之则透过,这就是膜的筛分效应；膜的电荷效应又称为Donnan效应,是指离子与膜所带电荷的静电相互作用.对不带电荷的分子的过滤主要是靠位阻效应即筛分效应,利用筛分效应可以将不同分子量的物质分离；而对带有电荷的物质的过滤主要是靠荷电效应,纳滤膜表面分离层可以由聚电解质构成,膜表面带有一定的电荷,大多数纳滤膜的表面带有负电荷,它们通过静电相互作用,阻碍多价离子的渗透,这是纳滤膜在较低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因.图4-1 纳滤膜的分离特性纳滤膜的特点如下：1.对不同价态的离子截留效果不同,对二价和高价离子的截留率明显高于单价离子.对阴离子的截留率按下列顺序递增：NO3－,Cl－,OH－,SO42－,CO32－；对阳离子的截留率按下列顺序递增：H+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Cu2+.2. 对离子截留受离子半径的影响.在分离同种离子时,离子价数相等,离子半径越小,膜对该离子的截留率越小；离子价数越大,膜对该离子的截留率越高.3.截留分子量在200～1000之间,适用于分子大小为1nm的溶解组分的分离.对疏水型胶体油、蛋白质和其它有机物具有较强的抗污染性,与反渗透膜相比,纳滤膜具有操作压力低、水通量大的特点；与微滤膜相比,纳滤膜又具有截留低分子量物质能力强的特点,对许多中等分子量的溶质,如消毒副产物的前驱物、农药等微量有机物、致突变物等杂质能有效去除,从而确立了纳滤在水处理中的地位.纳滤技术填补了超滤和反渗透之间的空白,它能截留透过超滤膜的小分子量有机物,透过被反渗透膜所截留的无机盐.纳滤与电渗析、离子交换和传统热蒸发技术相比,它可以同时脱盐兼浓缩,在有机物与无机物混合液的浓缩与分离方面具有无可比拟的优点.第二节纳滤膜的传质机理及模型一、纳滤膜的传质机理纳滤与超滤、反渗透一样,均是以压力差为驱动力的膜过程,但其传质机理有所不同.一般认为,超滤膜由于孔径较大,传质过程主要为孔流形式筛分效应；反渗透膜属于无孔膜,其传质过程为溶解-扩散过程静电效应；纳滤膜存在纳米级微孔,且大部分荷负电,对无机盐的分离行为不仅受化学势控制,同时也受电势梯度的影响.Van der Bruggen等在4种纳滤膜上研究了25种有机物的分子大小、极性及电荷对截留的影响,发现截留率会由于分子的化学结构和电荷、极性等特性的不同而异,表观截留率与表示分子尺寸的3种参数Stokes直径、当量摩尔直径和计算分子直径之间有良好的相关性,因此,可以用截留率与尺寸参数的曲线关系代替截留分子量来描述膜的分离特性.实验结果发现,纳滤膜对高偶极矩的分子的截留率高于无极性的分子,这种独立的膜电荷效应可解释为静电作用而使偶极朝向膜.有机分子的截留行为将受电荷的影响,且不同孔隙有很大差异：小孔隙的膜受电荷影响小,当孔隙变大后,这种效应的影响作用变得明显,当孔隙非常大时,电荷效应成了高电荷膜截留率的决定因素.Wijmans认为,当膜孔径很小时,其传质机理为孔流机理和溶解-扩散之间的过渡态.这是因为,存在于溶解-扩散膜中的传质通道是随着构成膜的高分子链间的自由体积的出现而出现的,渗透物通过由此产生的通道而扩散透过膜；在孔流膜中,“自由体积”形成的孔相对固定,位置和通道的大小都不会有大的波动．所以“自由体积”越大即孔越大,孔持续的时间越长,膜的性质表现为孔流的特性.传质通道的位置和大小不会发生改变的孔称为永久“孔”,相反膜中的传质通道为非固定的称为暂时孔.超滤膜中的“孔”是永久性的,而反渗透中的“孔”是暂时性的.初步估计,永久孔与短暂存在孔的过渡态的孔径为 nm,也就是纳滤膜的孔径范围.对于纯电解质溶液,因唐南平衡,同性离子会被带电的膜活性层所排斥,如果同性离子为多价,截留率会更高.同时为了保持电荷平衡,反离子也会被截留,导致电迁移流动与对流方向相反.但是,带多价反离子的共离子较带单价反离子的共离子的截留率要低,这可能是多价反离子对膜电荷的吸附和屏蔽作用所致.对于两种同性离子混合物溶液,根据唐南理论,与它们各自的单纯盐溶液相比,多价共离子比单价共离子更容易被截留.两种共离子的混合液,由于它们迁移率的不同,使低迁移率的反离子的截留逐渐减少,而高迁移的反离子的浓度增加,造成电流和电迁移的“抵消”.纳滤膜对极性小分子有机物的选择性截留是基于溶质的尺寸和电荷.溶质的传递可以理解为以下两步：第一步,根据离子所带电荷选择性地吸附在膜的表面；第二步,在扩散、对流、电泳移动性的共同作用下传递通过膜.Martin-OrueC等对氨基酸和多胺的纳滤机理进行研究认为：不论是哪种溶液,在溶质的传递行为中,其电荷效应即与膜电荷相同的离子同膜的排斥或与膜电荷相反的离子同膜的吸引比尺寸效应更占优势.中性氨基酸也可以被看作是带一个正电荷和一个负电荷的氨基酸,每种氨基酸的传递是同其正负电荷的数目而不是同球体静电荷相关.这些确立了由对流-吸引和排斥以及对流-电迁移而形成溶质通过膜的流动,导致了溶质的传递.二、纳滤膜的传质模型1. 非平衡热力学模型纳滤膜分离过程也是以压力差为驱动力,产生溶质和溶剂的透过通量,其通量可以由非平衡热力学模型建立的现象论方程式来表征.如膜的溶剂透过通量Jvm ／s 和溶质透过通量Jsmol ／m 2s 可以分别用下列方程式表示:J v ＝L p ΔP －бΔЛ 4-1J s ＝－P Δx dxdc ＋1-бJ v C 4-2 式中,б为膜的反射系数、P 为溶质透过系数m/s 、L P 为纯水透过系数m ／sPa,它们均为膜的特征参数；ΔP 为膜两侧的操作压力差Pa,ΔЛ为膜两侧的溶质渗透压力差Pa ；Δx 为膜厚、c 为膜内溶质浓度.将上述微分方程沿膜厚方向积分可以得到膜的截留率R ： Cm Cp R -=1=)F -(1F) -(1σσ 4-3 式中,F ＝exp-Jv1-б／P ；Cm 和Cp 分别为料液侧膜面和透过液的浓度mol/L.由4-3式可知膜的反射系数相当于溶剂透过通量无限大时的最大截留率.膜特征参数可以通过实验数据进行关联而求得.2. 电荷模型电荷模型又可分为空间电荷模型和固定电荷模型.固定电荷模型假设膜是均质无孔的,在膜中的固定电荷分布是均匀的,它不考虑孔径等结构参数,认为离子浓度和电势能在传质方向具有一定的梯度,该模型的数学分析简单.空间电荷模型假设膜为有孔膜,是由贯穿性的毛细管通道组成,电荷分布在毛细管通道的表面,离子浓度和电势能除了在传质方向分布不均外,在孔的径向也存在电势能分布和离子浓度分布.比较上述两种模型,空间电荷模型认为离子浓度和电势能在径向的分布是不均匀的,而固定电荷模型认为它们是一致的,因此可以说固定电荷模型是空间电荷模型的简单化形式. Wang 等的研究表明,与空间电荷模型相比,用固定电荷模型所预测的截留率的数值要大,这可能是在空间电荷模型中,积累在荷电毛细管壁附近的反电荷离子屏蔽了电热能,使得电荷离子更加容易进入毛细管通道.3. 细孔模型Wang 等根据浓差极化模型和非平衡热力学模型,对不同品牌的纳滤膜在醇类和糖类等中性溶质体系的透过实验数据进行回归计算,求得膜的特征参数即膜的反射系数和溶质透过系数,再由这些膜特征参数的实验结果,根据细孔模型估算了纳滤膜的细孔结构参数,结果表明,细孔模型适用于纳滤膜的结构评价.4. 静电位阻模型Wang等又将细孔模型和固定电荷模型结合起来,建立了静电位阻模型.该模型假定膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成,其结构参数包括孔径γp,开孔率Αk,孔道长度即膜分离层厚度Δx,电荷特性则表示为膜的体积电荷密度x 或膜的孔壁表面电荷密度q.根据上述膜的结构参数和电荷特性参数,对于已知的分离体系,就可以预测各种溶质中性分子、离子通过膜的传递分离特性.第三节纳滤膜的制备方法纳滤膜的表层较反渗透膜疏松得多,较超滤膜的表层又要致密得多.因此,纳滤膜制膜关键是合理调节表层的疏松程度,以形成大量具有纳米级10-9m的表层孔.目前,主要有以下四种制备方法.一、转化法转化法又分为超滤膜转化法和反渗透膜转化法两种.1. 超滤膜转化法纳滤膜的表层较超滤膜致密,故可以调节制膜工艺条件先制得较小孔径的超滤膜,然后对该膜进行热处理、荷电化后处理使膜表面致密化,而得到具有纳米级表层孔的纳滤膜.利用此法,高田耕一等人先制得小孔径的聚β-氯苯乙炔PPCA超滤膜,再对该膜热处理,最后用发烟硫酸磺化,制得PPCA纳滤膜.该膜在压力下,对聚乙烯醇-1000的截留率高达94%,水通量为m2·d.2. 反渗透膜转化法纳滤膜的表层较反渗透膜疏松,可以在充分研究反渗透膜制膜工艺条件的基础上,调整合适的有利于膜表面疏松化的工艺条件,如铸膜液中添加剂的选择,各成分的比例及浓度等,使表层疏松化而制得纳滤膜.LP-300低压膜就是在PA-300反渗透膜的基础上制备成功的,低压NS-300膜也是在此思路下制备成功的.二、共混法将两种或两种以上的高聚物进行液相共混,在相转化成膜时,由于它们之间以及它们在铸膜液中溶剂与添加剂的相容性差异,影响膜表面网络孔、胶束聚集体孔及相分离孔的孔径大小及分布,通过合理调节铸膜液中各组分的相容性差异及研究工艺条件对相容性的影响,制备具有纳米级表层孔径的合金纳滤膜.例如将来源广,价格低,成膜性能好,但化学、热稳定性差,易降解,压密性较差的醋酸纤维素CA 与在乙酰化程度及分子链排列的规整性方面与CA有一定差异,但具有较好的机械强度,同时具有优异的生物降解性,热稳定性的三醋酸纤维素CTA共混,可制得性能优良的醋酸-三醋酸纤维素CA-CTA纳滤膜.三、复合法复合法是目前用得最多也是最有效的制备纳滤膜的方法,也是生产商品化纳滤膜品种最多,产量最大的方法.该方法就是在微孔基膜上复合上一层具有纳米级孔径的超薄表层.它包括微孔基膜的制备,超薄表层的制备和复合.1. 微孔基膜的制备微孔基膜主要有两种制备方法.一种是烧结法,可由陶土或金属氧化物如Al2O3,Fe2O3高温烧结而成,也可由高聚物粉末如PVC粉热熔而成.另一种是L-S相转化法,可由单一高聚物形成均相膜,如聚砜超滤膜,也可由两种或两种以上的高聚物经液相共混形成合金基膜,如含酞基聚芳醚酮与聚砜PEKC-PSF 合金膜.2.超薄表层制备及复合超薄表层的制备及复合方法有涂敷法、界面聚合法、化学蒸气沉积法、动力形成法、水力铸膜法、等离子体法、旋转法等.后三者正处于研究中,现主要介绍四种.1涂敷法 涂敷法是将铸膜液直接刮到基膜上,可借助外力将铸膜液轻轻压入基膜的大孔中,再利用相转化法成膜.对无机铸膜液,如氧化钛可先将颗粒细小均匀的TiOH 4胶体沉淀在无机膜如微孔Al 2O 3基膜上,再经高温烧结时,由于其在溶胶-凝胶转化时晶型发生变化很容易形成纳米级孔,因此很易通过控制烧结温度制得具有纳米级表层孔的无机复合膜.对高聚物铸膜液,涂刮到基膜上后,经外力将铸膜液压入基膜的微孔中,再经L-S 相转化成膜,该方法的关键是合理选择铸膜液配方,如加入高分子添加剂及铸膜液的压入程度等工艺条件以形成纳米级孔径.另外,还可用此法将两种铸膜液结合起来形成有机-无机双活性层纳滤膜,以使有机、无机双活性层达到膜性能上的互补作用.2界面聚合法 这是目前世界上最有效的制备纳滤膜的方法,也是生产工业化纳滤膜品种最多、产量最大的方法.这类工业膜主要有NF 系列、NTR 系列、UTC 系列、ATF 系列、MPT 系列、MPF 系列及A-15膜等.该方法就是利用. Morgan 的界面聚合原理,使反应物在互不相溶的两相界面发生聚合成膜.一般方法就是用微孔基膜吸收溶有单体或预聚体的水溶液,沥干多余铸膜液后,再与溶有另一单体或预聚体的油相如环己烷接触一定时间,反应物就在两相界面处反应成膜.为了使膜的性能更佳,这样制得的膜还要经水解荷电化、或离子辐射、或热处理等后处理.该方法的关键是选择好铸膜液配方和控制好反应物在两相中的分配系数和扩散速率以使膜表面的疏松程度合理化.3化学蒸气沉淀法 先将一化合物如硅烷在高温下变成能与基膜如微孔Al 2O 3基膜反应的化学蒸气,再与基膜反应使孔径缩小成纳米级而形成纳滤膜.4动力形成法 利用溶胶-凝胶相转化原理首先将一定浓度的无机或有机聚电解质,在加压循环流动系统中,使其吸附在多孔支撑体上,由此构成的是单层动态膜,通常为超滤膜,然后需在单层动态膜的基础上再次在加压闭合循环流动体系中将一定浓度的无机或有机聚电解质吸附和凝集在单层动态膜上,从而形成具有双层结构的动态纳滤膜.几乎所有的无机或有机聚电解质都可以作为动态膜材料.无机类材料有Al 3＋、Fe 3＋、Si 4＋、Th 4＋、V 4＋等离子的氢氧化物或水合氧化物；有机类有聚丙烯酸、聚乙烯磺酸、聚丙烯酰胺等.通过控制合适的循环液组成及浓度,加压方式等条件,可制得高水通量的纳滤膜.影响动态膜性能的主要因素有：多孔支撑基体的孔径范围,无机或有机聚电解质的类型、浓度和溶液的pH 值.四、荷电化法荷电化法是制备纳滤膜的重要方法.膜通过荷电化不仅可提高膜的耐压密性、耐酸碱性及抗污染性,而且可以调节膜表面的疏松程度,同时利用道南离子效应可分离不同价数的离子,大大提高膜材料的亲水性,制得高水通量的纳滤膜.荷电膜大体可分为两类：一类是表层荷电膜,另一类是整体荷电膜.荷电化的方法很多,并且为了制得高性能的纳滤膜,往往将荷电化法和其他方法如共混法、复合法结合.大体上有以下几种主要方法.1. 表层化学处理该方法可先将带有反应基团的聚合物制成超滤膜,再用荷电性试剂处理表层以缩小孔径,如氯甲基化/季铵化聚砜膜；也可用具有强反应基的荷电试剂如发烟硫酸直接处理膜表层使其荷电化,该法主要用于制备表层荷电膜,如聚砜改性膜等.2. 荷电材料通过L-S相转化法直接成膜如磺化聚砜膜、氯化聚砜膜等.3. 含浸法该方法是将基膜浸入含有荷电材料的溶液中,再借助于热、光、辐射、加入离子等方法使之交联成膜,这类膜有UTE系列膜等.这里膜基体和荷电材料基本上是物理结合.4. 成互聚合法该方法是将基膜浸入一种聚电解质和一种高分子的共溶液中,取出使之在一定条件下成膜.这类膜有聚阴离子膜和聚阳离子膜.聚阴离子一般为碱金属的磺酸盐,为342聚阳离子一般为聚苯乙烯三甲基氯胺,这种膜在较低压力下,可以从蔗糖Mw为180.中分离葡萄糖Mw目前工业上的纳滤膜大都是荷电膜.这种膜的制膜关键是根据被分离对象的性质决定荷阴电还是荷阳电,并要控制好离子交换容量值及膜电位等.五、纳滤膜的主要商品纳滤膜又称超低压反渗透膜或疏松反渗透膜.自80年代以来,国际上相继开发了各种牌号的纳滤膜及其组件,其中大部分纳滤膜为荷电或不荷电的薄层复合膜.表4-1是部分牌号的商品纳滤膜及其性能.表4-1 国外商品纳滤膜及其性能1. 芳香聚酰胺类复合纳滤膜该类复合膜主要有美国Film Tec公司的NF50和NF70两种,其复合层组成如下：表4-2给出了这两种膜的分离性能,两种膜的操作压力接近超滤,且它们对氯化钠的脱除率不随进料浓度的变化而改变.2. 聚哌嗪酰胺类复合纳滤膜该类复合膜主要有Film Tec公司的NF40和NF40HF膜、日本东丽公司的UTC-20HF 和UTC-60膜以及美国ATM公司的ATF-30和ATF-50膜.其复合层组成如下：.表4-3和表4-4分别列出了这些膜的性能3. 磺化聚醚砜类复合纳滤膜该类纳滤膜主要有日本日东电工公司开发的NTR-7400系列纳滤膜,表4-5给出了该类膜的性能.4. 混合型复合纳滤膜该类纳滤膜主要有日本日东电工公司的NTR-7250膜,由聚乙烯醇和聚哌嗪酰胺组成.美国Desalination公司开发的Desal-5膜亦属于此类,其表面复合层由磺化聚醚砜和聚酰胺组成.表4-6和表4-7分别给出了这两类膜的性能.表2-7 Desal-5纳滤膜性能第四节纳滤装置与反渗透、超滤装置一样,纳滤膜组件的主要形式有板框式、管式、螺旋式及中空纤维式四种类型.卷式、中空纤维式膜组件具有膜填装密度大、单位体积膜处理量大等特点,常用于水的脱盐软化等处理过程,而板框式和管式膜组件多用于含悬浮物、高粘度的体系的处理.工业上应用最多的式卷式纳滤膜装置,它占据了绝大多数水脱盐和超纯水制备的市场.第五节纳滤膜的污染及清洗一、无机污染垢主要是由化学沉降作用引起的.通过朗格利尔指数LSI的核算也表明要 CaC03处理水的LSI值大于零,有结垢的倾向.SiO胶体颗粒主要是由胶体富集作用决定的.2总的可认为膜的无机污染符合两步机理：成核；长大.二、有机污染膜的特性,如表面电荷、憎水性、粗糙度,对膜的有机吸附污染及阻塞有重大影响.极性有机物在纳滤膜表面上的吸附可能以氢键作用、色散力吸附和憎水作用进行.这些表面活性剂吸附层的形成,使水分子要透过膜就必须消耗更高的能量.正是因为这个增加的活化能,最终导致产水量的下降.对于非极性的、憎水性的有机物如高碳烷烃对膜的污染,可解释为：首先,憎水性有机物一水间的相互作用使这些扩散慢的有机物富集在膜表面上,即高分子低扩散性的有机物表现为憎水性,会浓缩在膜表面上；其次,高分子有机物的浓差极化也有利于它们吸附在膜表面上；再次,水中离子主要是Ca2－与有机物官能团相互作用,会改变这些有机物分子的憎水性和扩散性.三、微生物污染一般膜进水的TDS是产水的10倍左右,同时由于边界层效应和生物粘垢的形成,进水在膜表面上为非均匀混合．使得进水中的有机物、无机物更容易浓缩在膜上,膜表面的这种特殊物理化学与营养环境将影响那些最终在膜表面的微生物的生长. F1emming等根据不同的膜对微生物表现出不同的生物亲和性,提出了微生物污染的四阶段学说：第一阶段,腐殖质、聚糖脂与其它微生物的代谢产物等大分子物质的吸附过程,导致在膜表面形成一层具备微生物生存条件的膜；第二阶段,进水的微生物体系中粘附速度快的细胞形成初期粘附过程；第三阶段,在粘附后期,后续大量不同菌种的粘附、胞外聚合物粘垢与生物膜的早期发展,形成了微生物的群集和生长；第四阶段：在膜表面形成了一层生物膜,造成膜的不可逆阻塞,使产水阻力增加.综上所述．膜污染是一个复杂的过程,膜污染物的特性是与水中污染物的物理、化学、微生物三因素的相互作用密切相关的.当其中某一污染趋势形成后,必将加速另两种污染的形成,造成了膜污染的加剧.实际运行中一旦发现有某种膜污染的迹象,应及时解决,以避免产生连锁反应,造成更大污染.一般情况下,清洗时,先用低pH值后用高pH值的洗液,这主要与膜上污染物的形成因素有关：系统运行过程中；胶体粒子和有机污染物最先在膜上沉积和吸附,形成膜表面的第一层垢；碳酸盐及金属氧化物垢是逐渐形成的,沉积于胶体垢之上,。
我国纳滤膜研制及应用技术进展
我国纳滤膜研制及应用技术进展纳滤膜出现在上世纪八十年代，1993年，高从堦院士在国内首次提出纳滤膜概念[1]，近年来，纳滤技术已经成为膜分离领域的研究热点，并在制药、生物化工、食品、水处理等诸多领域广泛应用。
标签：纳滤膜膜技术水处理0 引言纳滤技术介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术, 其截留分子量在200～1000范围，孔径为几纳米，其分离对象的粒径为约1nm。
纳滤膜有着很多显著的优点，例如操作压力低，通量高，对离子形式的盐和一些有机分子的高效去除能力，而设备投资和运行保养的费用却很低。
正是因为这些优点，纳滤技术在世界范围内的各个领域被越来越多的应用。
纳滤膜出现在上世纪八十年代，1993年，高从堦院士在国内首次提出纳滤膜概念[1]，近年来，纳滤技术已经成为膜分离领域的研究热点，并在制药、生物化工、食品、水处理等诸多领域广泛应用。
1 纳滤膜的研制1.1 醋酸纤维素类纳滤膜周金盛等人[2]应用相转化法制备了醋酸纤维素(CA)-三醋酸纤维素(CTA)不对称纳滤膜。
针对CA/CTA比，混合溶剂比例，添加剂和制膜条件等因素对膜性能的影响进行了研究。
所制得的膜在操作压力1MPa 和进水温度5～25℃条件下，对1000mg/L的NaCl水溶液脱盐率达到了15～60%，而对1000mg/Na2SO4水溶液脱盐率为85～98%。
刘玉荣等人[3]对醋酸纤维纳滤膜连续成膜工艺进行了研究，确定了连续制备醋酸纤维纳滤膜的工艺条件。
在机制膜制备中，材料的毛疵点可能导致膜面的疵点和缺陷。
而材料表面的微细的软毛，则有利于铸膜液与增强材料的结合，使膜不宜从增强材料上剥离。
醋酸纤维类纳滤膜是早期在膜市场投入生产的产品，但使纳滤膜大量应用于生产实践当中并迅速发展的，是复合型纳滤膜的出现。
1.2 复合纳滤膜1993年，高从堦在国内首先采用界面缩聚法制备芳香族聚酰胺复合纳滤膜(PA类纳滤膜)的是，并指出该膜对MgSO4的脱盐率优于NaCl，可用于水质的软化。
纳滤膜技术的发展及应用
最大市场。 312 饮用水中有害物质的脱除 传统的饮用水处理主要通过絮凝、沉降、砂 滤和加氯消毒来去除水中的悬浮物和细菌, 而 对各种溶解性化学物质的脱除作用却很低。 随 着水资源贫乏的日益严峻、 环境污染的加剧和 各国饮用水标准的提高, 可脱除各种有机物和 有害化学物质的 “饮用水深度处理技术”日益
孙玲新戚俊清葛虹纳滤技术及其应用进展期刊论文化工装备技术200401界面聚合制备新型结构聚酰胺复合纳滤膜学位论文硕士2011活性炭纤维及其改性后的电极电吸附脱盐研究学位论文硕士2009季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜及阴离子交换膜的研究学位论文博士2007纳滤膜分离技术及其进展期刊论文工业水处理200403膜分离技术处理百草枯生产废水试验研究学位论文硕士2010二级纳滤电解集成处理电镀镍漂洗液的研究学位论文硕士2007高效节能过滤技术与强化过滤过程的途径期刊论文化学工程20101020
412 制药工业 有不少药品在制备过程中需加入无机盐, 但成品药必须将无机盐除去, 如 1, 62二磷酸果 糖 (FD P) (为心脏病急救良药) [3]。 在蔗糖的发 酵制备过程中, 水溶液中含有 114% 的N aC l 和 012% FD P, 采 用 纳 滤 技 术 可 除 去 溶 液 中 的 N aC l, 保留 FD P。试验表明, 不加水循环浓缩 除盐, 可除去水和无机盐 70% 以上, 若要使溶 液中的无机盐继续降低, 可向浓缩液中继续加 水, 直到浓缩液中无机盐的含量达到要求为止。 牲 畜 强 壮 剂 在 制 备 过 程 中 含 1 0 % 的 N aC l, 成品药必须将N aC l 除去才能用于牲畜。 绵羊用了这种药后, 羊毛细长柔软, 可提高羊 毛的质量。 用纳滤膜进行除盐浓缩的可行性试 验, 效果比较满意。 另外, 还做了克拉维酸水溶液的脱色浓缩 和林可酶素、四环素等浓缩试验, 效果较好。但 正式投产时, 要作好预处理, 这样可以大大延 长膜的寿命。 中科院沈阳生化所在制备生化制剂时, 需 要对硫酸和氨基酸进行分离, 采用纳滤分离, 小 试结果令人满意。 目前正在进行中试放大寿命
纳滤原理_secret
纳滤原理纳滤 ( NF，Nanofiltration)是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。
与其他压力驱动型膜分离过程相比，出现较晚。
它的出现可追溯到70年代末J.E. Cadotte的ＮＳ-3 0 0膜的研究，之后，纳滤发展得很快，膜组器于80年代中期商品化。
纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。
但与反渗透相比，其操作压力更低，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”( Loose RO )。
纳滤分离作为一项新型的膜分离技术，技术原理近似机械筛分。
但是纳滤膜本体带有电荷性。
这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因。
纳滤分离愈来愈广泛地应用于电子、食品和医药等行业，诸如超纯水制备、果汁高度浓缩、多肽和氨基酸分离、抗生素浓缩与纯化、乳清蛋白浓缩、纳滤膜-生化反应器耦合等实际分离过程中。
与超滤或反渗透相比，纳滤过程对单价离子和分子量低于200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量介于200～500之间的有机物有较高脱除率, 基于这一特性，纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、脱色和去异味等。
主要用于饮用水中脱除Ca、Mg离子等硬度成分、三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、合成洗涤剂，可溶性有机物，及蒸发残留物质。
随着对环境保护和资源综合利用认识的不断提高，人们希望在治理废水的同时实现有价物质的回收，比如：大豆乳清废液中含有1%左右的低聚糖和少量的盐，亚硫酸盐法制备化纤浆和造纸浆过程出现的亚硫酸钙废液中含有2%～2.5%的六碳糖和五碳糖，制糖工业中出现的废糖蜜中含有少量的盐等等。
采用纳滤产水配制清洗液，它们在60m3的水箱内被加热到58o C(140o F)。
在现场储备有4种化学药品来清洗膜系统，两种碱性的产品：洗涤剂a （a 普通洗涤剂：P3 Ultrasil 110, 由汉高(Henkel)公司生产）和氢氧化钠，一个为柠檬酸的酸性化学品，最后一种是由醋酸、过乙酸和双氧水配制而成的杀菌剂。
纳滤膜法水处理技术概述的工程应用
纳滤膜法水处理技术概述的工程应用2010/6/29/9:91膜技术的发展1748年法国学者AbbeNollet首次提出了膜分离现象，经过近二个世纪的摸索、研究，20世纪50年代膜分离技术才逐渐发展成为一门新兴高技术边缘学科，1963年第一个膜渗析器的诞生开创了膜分离技术的新纪元，二、三十年来得到了迅猛的发展，在各个工业领域及科研中得到大规模应用，出现了各种有价值的微滤、超滤、纳滤和反渗透等分离膜，受到了各个领域的普遍重视。
而各种膜分离过程，首先是在水处理方面得到应用，而后推广到冶金、石油、化工、仪器、医药、仿生等诸多领域。
目前，微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、电渗析等技术己经广泛在给水处理、纯水制备、海水淡化、苦咸水淡化等水处理领域中得到推广和应用，并在水处理的各个方面，给传统的水处理工艺以巨大的冲击和挑战。
膜分离技术有着传统的给水处理工艺不可比拟的优点：首先，膜分离技术可适用于从无机物到有机物，从病毒、细菌到微粒甚至特殊溶液体系的广泛分离，可充分确保水质，且处理效果不受原水水质、运行条件等因素的影响。
第二，膜分离过程为物理过程，不需加入化学药剂，提高了人们对水处理过程的信赖程度，易于为群众接受，属为人们称道的“绿色”技术。
第三，膜分离技术分离装置简单，占地面积小，系统集成容易，便于运输、拆卸、安装，运行环境清洁、整齐，可称之为真正意义上的“造水工厂”。
第四，膜分离过程系统简单、操作容易，且易控制，便于维修，有利于生产自动化的推广与普及。
作为一种新兴的水处理技术，膜分离以其无可非议的先进性得到了世界各国学者们的广泛关注。
2纳滤技术概述膜分离技术被称为“二十一世纪的水处理技术”，自70年代应用于水处理领域后，得到了广泛的研究和空前的发展，受到世界各国水处理工作者的普遍关注，开展了不同水平。
不同层次的理论研究和技术开发、应用。
在给水处理领域应用最为广泛的是一系列的低压膜，如纳滤膜、反渗透膜等。
其中，纳滤膜法水处理技术以其特殊的优势，获得了世界各国的水处理工作者的普遍关注，在水处理技术的研究和开发领域取得了可喜的成绩。
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纳滤膜的发展历程
纳滤膜是一种用于分离物质的特殊膜材料。
其发展历程可以追溯到20世纪50年代，经过了数十年的研究与发展，至今已经成为重要的分离与净化技术之一。
最早的纳滤膜是由羊肠制成的。
由于羊肠具有特殊的结构，可以单向通透水分子等小分子，而阻挡其它较大分子的通过。
这种羊肠膜被称为“纳滤膜的鼻祖”。
随着时间的推移，科学家们开始研发出更为高效的纳滤膜材料。
1960年代，发现了聚酰胺纤维膜的纳滤效应。
这种材料具有
极小的孔径，能够有效地过滤掉溶解在水中的离子、大分子有机物质等。
聚酰胺纤维膜开创了新的纳滤膜材料时代。
在1970年代，研究人员又发现了新的纳滤膜材料——多孔陶
瓷膜。
多孔陶瓷膜的孔径更小，能够通过更加精细的分子筛选，实现更高效的分离与净化。
这种材料使纳滤膜技术得到了进一步的发展。
随着纳滤膜技术的发展，一系列的新型材料被推出。
1980年代，研究人员开发出了中空纤维膜。
中空纤维膜由许多微小的中空纤维组成，能够提供更大的过滤表面积，增加分离效率。
这种膜具有较高的机械强度和稳定性，被广泛应用于饮用水净化、食品加工等领域。
1990年代，随着纳米技术的发展，纳滤膜材料迎来了一次巨
大的突破。
研究人员创造性地利用纳米材料制备出新型的纳滤
膜。
这些膜具有更加精确的孔径控制，能够有效地过滤微小的颗粒、离子等。
纳米纳滤膜在水处理、药物制造等领域具有广泛的应用前景。
21世纪以来，由于纳滤膜技术的不断发展，新型材料与新的制备技术不断涌现。
如中子纳滤膜、电动纳滤膜等。
这些新型纳滤膜不仅提高了分离效率，同时降低了能耗和成本，为纳滤膜应用开辟了更广阔的前景。
总的来说，纳滤膜的发展经历了从羊肠膜到聚酰胺纤维膜、多孔陶瓷膜、中空纤维膜再到纳米纳滤膜的演进过程。
不断提高的分离效率和经济性使纳滤膜成为了重要的分离与净化技术，在食品、饮用水处理、医药等领域发挥了积极作用。
随着科学技术的进一步进展，相信纳滤膜还有更多的应用与突破等待我们去发现和探索。